빛과 열로 신경세포 활성 억제하는 신경플랫폼 개발

KAIST 남윤기 교수, 뇌기능 연구·뇌질환 치료에 활용 전망

빛과 열을 이용해 신경세포의 활성을 억제하는새로운 전기광학적 신경플랫폼을 국내 연구진이 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌 공학과 남윤기·박지호 교수팀은 30일 특정 파장대 빛을 흡수해 열을 발산하는 금 나노막대와 신경세포 칩을 연결, 빛과 열을 이용해 신경세포 활성을 억제하는 데 성공했다고 밝혔다.

신경세포는 활동 전위를 생성해 세포 사이의 정보를 교환하는 역할을 하며 신경세포 활성은 뇌기능을 이해하는 데 매우 중요하다. 이 때문에 신경세포의 활성을 조절하기 위해 전기자극, 광유전학 등 다양한 방법이 연구됐다.

하지만 전기자극은 신경세포 활성을 유도하는 데는 효과적이지만 활성을 억제하는 데는 기술적 한계가 있다. 또 광유전학은 빛으로 신경세포 활성을 조절할 수 있지만 유전자 조작이 까다롭고 다른 기술과 결합하기가 어렵다.

연구진은 특정 파장대의 빛을 흡수해 열을 발생시켜 광열 자극 매개체로 사용할수 있는 금 나노막대를 신경세포 칩에 결합하는 새로운 방법으로 전기자극과 광유전학 기법의 문제를 극복했다.

근적외선을 선택적으로 흡수하는 금 나노막대를 합성한 후 생체친화성 중합체로코팅해 신경세포 칩 표면에 결합했다. 신경세포 칩 상의 금속전극은 금 나노막대가결합한 후에도 전기적 특성이 변하지 않아 신경세포 활성을 측정할 수 있다.

금 나노막대에서 발생한 광열 자극에 노출된 신경세포는 활성이 억제되는 것으로 나타났으며 연구진은 이를 응용해 전기광학적 신경플랫폼을 만들었다.

연구진은 개발된 신경플랫폼이 신경세포의 유전적 변형 없이도 효과적으로 신경세포 활성을 억제할 수 있어 광유전학 기술의 대안이 될 것으로 기대한다며 기존 신경플랫폼과 결합해 뇌기능 연구 및 뇌질환 치료에 다각적으로 활용할 수 있을 것으로 예상했다.

남윤기 교수는 "이 연구에서 나노입자와 신경세포를 결합해 새로운 자극 플랫폼을 제시했다"며 "기존 전기적 신경 시스템을 활용하는 동시에 광열 자극으로 신경세포의 활성을 자유롭게 억제할 수 있다"고 말했다.

한국연구재단 중견연구자지원사업 도약연구 지원으로 수행된 이 연구는 미국화학회(ACS)의 나노분야 학술지 'ACS 나노(ACS Nano, 3월 9일자) 온라인판에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>